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INVESTIGACION Y ESTUDIO GEOTECNICO DE PRESAS

Ing. Carlos Gaspar Paco

Una Presa tiene la función de retener y almacenar agua de manera segura y darle uso para varios fines.

COMO OBJETIVO: - Energía Hidroeléctrica - Riego - Abastecer a poblaciones - Regulación de aguas, etc.

PRESA DE DERIVACION CC. HH. CERRO DEL AGUILA – HVCA.

Una presa se construye básicamente con dos fines: - Elevar el nivel de agua para poder derivar a través de un sistema de conducción y cubrir necesidades. - Formar un vaso, que al retener lo necesario, permita suministrar el agua en los momentos de escasez o para amortiguar las crecidas.

CLASIFICACION DE LAS PRESAS: a) Según su Función: Presas de Embalse; retiene agua de las épocas de avenida y se usa ya sea en abastecimiento, pesca, energía, riego, recreo, etc.

Presa de Derivación; se crea un nivel para conducir a través de un canal para su uso.

Presa de Retención; regula las crecidas para almacenar y dar uso, mejorar el nivel freático y retener sedimentos.

b) Según su Características Hidráulicas: - Presas Vertedoras; pueden verter por el coronamiento.

- Presas No Vertedoras; se vierte fuera del coronamiento.

c) Según los Materiales Empleados: Presas de Suelo; son los más comunes, utiliza para su construcción material en estado natural, puede ser homogéneos, heterogéneos y de pantalla.

Presas Homogéneas

Presas Heterogéneas:

Las presas de relave, principalmente mineras, cuya función es retener residuos mineros después de los procesos químicos.

Presas de Escollera; se usa las rocas para su construcción, la pantalla se impermeabiliza con suelo impermeable, concreto, asfalto o un elemento de recubrimiento impermeable.

Las primeras presas se construyeron según la técnica que llamamos de ESCOLLERA. * La barrera se forma con materiales de relleno: piedras, grava, arena, arcilla…

Presas de Concreto; pueden ser, presas de gravedad, de arco de hormigón, presas de arco gravedad, presas de pantalla, presas de contrafuerte o aligeradas.

PRESAS DE GRAVEDAD

• Estas presas se mantienen por su propio peso. • Requieren un suelo muy estable capaz de resistir el peso de la presa y del embalse.

PRESAS DE BÓVEDA O ARCO

• Estas presas forman un arco en el plano vertical y horizontal. • De esta manera la presa transfiere una carga muy importante hacia las laderas que deben ser rocas bastante resistentes.

PRESAS DE ARCO DE GRAVEDAD

• Estas presas forman un arco en el plano horizontal.

PRESAS DE CONTRAFUERTE

PRESAS MIXTAS

¿QUE CONDICIONES DEBE TENER EL TERRENO PARA LA CONSTRUCCION DE UNA PRESA?

1.- La ubicación para una presa debe ser un área amplio con poca pendiente y una salida angosta o encañonada.

Ojo: Dos de los factores principales son, la topografía del lugar y las características del sub suelo para fines de cimentación.

2.- La presa; su cimentación y los estribos deben ser estables para todo tipo de condiciones de carga estáticas y dinámicas

ES COMUN DONDE HAY TALUDES LATERALES CON ALTA PENDIENTE, SE GENEREN DESLIZAMIENTOS

3.- La infiltración a través del cuerpo de la presa y la fundación

del mismo debe ser controlada para evitar presiones de levantamiento en el pié de la presa, sifonamiento de los materiales o erosión en juntas, grietas o cavidades

4. El borde libre debe ser bien diseñado, para evitar el paso del agua sobre la presa debido a cambios de caudal, ascenso de olas, o por asentamientos del terraplén; así como el vertedero o rebose debe estar bien diseñados para dichas condiciones.

ESTUDIOS NECESARIOS A TOMAR EN CUENTA PARA EL DISEÑO DE UNA PRESA

* * * * * *

TOPOGRAFIA - CARTOGRAFIA HIDROLOGIA – HIDROGOELOGIA GEOLOGIA GEOTECNIA DISPOCICIÓN DE MATERIALES MEDIO-AMBIENTALES, Otros…

TOPOGRAFIA - CARTOGRAFIA Para realizar el programa de exploración, se requiere la topografía precisa de cada elemento como; la boca, el cauce, áreas colindantes, etc.

TOPOGRAFIA - CARTOGRAFIA

HIDROLOGIA

GEOLOGIA Y GEOTECNIA:

FASES Y ESTUDIOS GEOLOGICOS Y GEOTECNICOS

Criterios Generales de Investigación In-Situ

Proceso de Investigación Geológico – Geotécnico, Proyecto Diseño Presas

1.- CONDICIONANTES GEOLOGICOS: • El terreno es el director de la obra. El es el que manda. • El terreno de apoyo es heterogéneo y no es sano. • Hay que poner mucha atención a la: litología, resistencia mecánica del terreno, estabilidad de los taludes, estructura y permeabilidad.

1.- COLECCION DE DATOS: Mapeos especiales Satelitales – Fotografías.

Formaciones Geológicas: METAS:

1.- Análisis y determinación de la estructura geológica del sitio 2.- Elaboración de un programa detallado de mapeo para la evaluación de riesgos geológicos. 3.- Determinación de bancos de préstamo.

Conceptos generales tectónicos y estructuras geológicas. Movimientos tectónicos:

Elaboración de un programa detallado de mapeo para la evaluación de riesgos geológicos.

2.- TRABAJOS DE CAMPO / LABORATORIO. a.Mapeos especiales (geológicos, hidrogeológicos, riesgos geológicos, etc.)

geotécnicos,

MAPA HIDROGEOLOGICO

MAPA GEOTECNICO DE IDENTIFICACION DE TIPOS DE SUELOS – ESTRATIGRAFICOS.

«IDENTIFICACION Y EVALUACION DE RIESGOS LOCALES»

EVALUACION DE CANTERAS:

BANCOS DE MATERIALES PARA LA CONST. DE PRESAS.

b.- EXPLORACIONES GEOFÍSICOS: REFRACCION SISMICA:

*- Identificación de tipos de ondas en los estratos interiores. *- Estratigrafía y contraste entre capas del sub-suelo. *- Determinación de fallas, discontinuidades y anomalías. *- Resolución limitada – Son referenciales.

PROGRAMA DE ENSAYO DE REFRACCIÓN SÍSMICA:

Red de líneas para Sondeo por Refracción Sísmico o similares:

RESISTIVIDAD - TOMOGRAFIA ELECTRICA:

*- Basado en la resistencia eléctrica entre estratos. *- Identificación de agua subterránea, cavidades, fallas, etc. *- Fijación de la profundidad y el espesor de los acuíferos, depósitos aluviales de la roca madre. *- Determinación de la agresividad del suelo.

GEOFÍSICA POR REFRACCIÓN y TOMOGRAFIA

C.- EXPLORACIONES DEL SUB SUELO: - APLICACIÓN DE METODOS DIRECTOS:

a.- Calicatas, trincheras, túneles de exploración artificiales, perforaciones para muestreo y sondeo. b.- Investigaciones de mecánica de suelos y rocas. (muestreo y programa de laboratorio, etc.) c.- Determinación de diferentes parámetros geotécnicos de diseño.

PLAN Y PROGRAMA DE EXPLORACION DIRECTA:

Plano de Ubicación de Sondeos directos: Calicatas, Barrenados, etc

Trabajos de sondeo para pruebas de Permeabilidad – Presiómetros y Obtención de Muestras.

Reporte de ensayos, con la determinación de los diferentes parámetros físicos y geo-mecánicos.

3.- ANALISIS DE DATOS Y EVALUACION:

3a) Interpretación de las pruebas de permeabilidad y de inyección. 3b) Interpretación de las pruebas con presiómetro. 3c) Definición del modelo geotécnico.

De los resultados directos e indirectos; se define el modelo Geotécnico que caracteriza las Unidades Geotécnicas.

3d) Caracterización de los materiales del modelo geotécnico .

3e) Análisis de estabilidad y comportamiento de la cortina.

3f) Análisis de la estabilidad de las excavaciones para alojar la cortina. 3g) Conclusiones y recomendaciones preliminares.

Estos cortes deberán ser analizados para saber si son estables ya sea a corto, mediano o largo plazo.

4.- ACTIVIDADES EN PROCESO 4a) Continuación de las pruebas de permeabilidad y de inyección, y la interpretación de dichas pruebas. 4b) Continuación de laboratorio de Mecánica de Suelos 4c) Continuación de laboratorio de Mecánica de Rocas 4d) Pruebas de placa y petite sismique en socavones e Interpretación. 4e) Continuación del análisis de la estabilidad de las excavaciones para alojar la cortina.

4.- ACTIVIDADES EN PROCESO 4f) Diseño del plano de estanqueidad 4g) Análisis y diseño geotécnico de la obra de desvío (túnel y ataguías)

4.- ACTIVIDADES EN PROCESO 4h) Análisis y diseño geotécnico de la obra de excedencias (depósito de talud) 4i) Análisis FEM en proceso – De esfuerzos y deformaciones.

4.- ACTIVIDADES EN PROCESO 4j) Diseño de tratamientos 4k) Especificaciones para excavaciones, tratamientos y ataguías. 4l) Análisis y diseño geotécnico de las conducciones. 4m) Análisis geotécnico de los depósitos de talud aguas arriba

ANALISIS DE FUNDACION DE LA PRESA

CIMENTACIÓN EN SUELOS O ROCA DE BAJA RESISTENCIA - Presa de materiales sueltos.

Asiento en la presa sobre suelos blandos compresibles, como de construcción, de humectación o de llenado, de fluencia (deformaciones diferidas). Asiento por Drenaje de Cimiento.

Sifonamiento:

Erosión interna (tubificación, hydraulic piping) de los materiales de cimentación o del cuerpo de presa:

Rotura circular:

En general:

CIMENTACIÓN EN ROCA (Presa de Hormigón) * Buzamiento aguas arriba intersectados por falla buzando aguas abajo.

* Buzamiento aguas abajo:

* Buzamiento vertical y dirección perpendicular al río:

Rocas metamórficas afectadas por familias de juntas conjugadas. Pueden originar roturas en cimentación

Rotura por esfuerzo cortante a través de la matriz rocosa en rocas Blandas:

Buzamiento Horizontal

Superficie de falla y Factor de seguridad para Embalse Terminado y Lleno.

ESTABILIDAD DE LAS LADERAS DEL VASO Es este un asunto de gran importancia para la viabilidad de la obra.

MAPA DE ESCENARIOS SISMICOS - MONITOREADOS EN DIFERENTES PUNTOS DEL PROYECTO.

COMO AFECTA UN SISMO A UNA PRESA Cuando se construye una presa, se genera un embalse hacia aguas arriba, con lo cual las condiciones del sitio varían considerablemente, las laderas del embalse y la presa misma se saturan, de manera que cuando se produce un sismo, se generan vibraciones y fuerzas que actúan en forma diferente a la que presentaba en sus condiciones naturales.

Los tipos de falla que pueden presentarse en una presa cuando se produce un sismo son los siguientes: a) Deslizamientos y distorsiones por esfuerzos de corte en el terraplén o en la fundación

b) Tubificación (erosión interna) a través de grietas en el terraplén, originada por movimientos diferenciales.

d) Pérdida de borde libre, debido al asentamiento del terreplén o de la fundación. Los asentamientos del terraplén o de la fundación, hacen que la cresta de la presa descienda, se reduce, facilitando el paso del agua sobre la cresta, con la consiguiente erosión y colapso posterior del terraplén. Esta pérdida de borde libre puede ser también ocasionada, por movimientos relativos entre el vaso y la presa.

e) Rotura de la presa por movimientos de una falla geológica en la fundación. Un movimiento sísmico, puede provocar el desplazamiento, tanto en sentido vertical, como en sentido horizontal, de alguna falla existente en el lecho de del río, lo cual provocará su rotura del terraplén de la presa y ocasionar su colapso.

f) Deslizamientos en el vaso de almacenamiento. Los materiales que conforman el vaso de almacenamiento, se saturan, con lo cual disminuyen su estabilidad al producirse un sismo, las laderas pueden deslizarse súbitamente y caer en el embalse, provocando el desplazamiento del agua y por lo tanto, sobrepasar la cresta de la presa.

OK…